文 献 综 述

1. 研究背景

随着金属纳米材料制备技术的快速进展，贵金属纳米颗粒局域表面等离子共振（Localized surface plasmon resonance，LSPR）及其在化学与生物传感、光开关、光滤波器、表面增强Raman谱以及近场扫描光学显微（NSOM）探针技术等方面的潜在应用，使尺寸、形貌可控的金属纳米颗粒及其有序阵列结构的制备与结构-性能关系已成为近年来该领域的研究热点之一。

在过去的几十年里，人们利用化学方法合成了多种多样的金属纳米颗粒，系统地研究了其物理、化学、光学等特性，开发了它们在催化、光子学、等离子体光学、光学传感、生物标记、医学成像，以及表面增强拉曼光谱等诸多方面的功能和应用，取得了许多重要的进展。上述的许多功能和金属纳米颗粒与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关。

表面等离子体是一种束缚在金属表面电子的一种特殊状态（如图1.1a），在一定条件下，可与入射TM光波极化能量耦合而产生共振激发。具有纳米尺度的金属纳米颗粒在光频电磁场的作用下，金属纳米颗粒表层的电子云会因相对离子实产生偏离而出现极化，并随光波的交变电场变化而诱发出电子云的集体振动（如图1.1b）。当入射光频率与金属纳米颗粒等离子特征频率相同时，便可产生所谓的局域化表面等离子共振，并对入射光出现强烈的散射、吸收以及在纳米颗粒附近出现电场增强效应^[1]。

图1 (a)金属表面等离子波与(b)金属纳米颗粒的表面等离子共振现象

Fig.1 (a) SP waves along the metal surface and (b) SPR in nanosized metal particles

具有局域化表面等离子共振效应的金属纳米材料，其散射光强度以及散射光波长的范围由金属纳米颗粒尺寸、形状以及金属外层电子特性决定。制备这种材料需要大量具有尺寸均一、形貌规则的金属纳米颗粒，而现今用于制备材料的金属纳米颗粒主要以金、银、铜、铝为代表。铝纳米颗粒虽然单位质量制备成本最低，但铝纳米颗粒表面等离子共振波长范围在紫外光区域，不如可见光容易观察，故相关的研究比较少。铜纳米颗粒虽然单位质量的造价比较低，但铜纳米颗粒的形状很少，不能够通过调节形状来调节纳米颗粒的表面等离子体特性，而且铜纳米颗粒易被氧化成氧化铜，故相对贵金属纳米颗粒而言，相关研究也相对较少。金、银纳米颗粒制备的颗粒形状丰富，质量因子非常高，并且贵金属颗粒能够发生电子带间跃迁，使得表面等离子共振波长进入可见光范围，进一步调节纳米颗粒的形状，表面等离子共振波长甚至能够进入红外光谱区域。将银纳米颗粒与金纳米颗粒的制造成本相比较，金纳米颗粒的制造成本远高于银纳米颗粒的制造成本。鉴于可以相比的性能和更加合理的造价，银纳米颗粒的制备成为了近几年表等离子共振材料研究的热点^[2]。

2． 规则形貌银纳米颗粒的制备机理

多元醇法设备、工艺简单，制备出来的银纳米颗粒多为单分散的，粒度分布较窄，并且形貌易控。由于有机物的包覆作用，因而可防止空气对银纳米颗粒的氧化。而且该法反应温度不高，条件温和，纯度也易于控制，可制备出符合生产实际要求的规则形貌纳米银颗粒，因此成为研究人员的首选方法。